Élet és tudomány

Figyeld meg és gondolkozz! - Felfoghatatlan távolság

Megjelent az Élet és tudomány 2009. augusztusi számában

Írta: Gesztesi Albert

Sorozatunk előző részeiből megtudhattuk, hogy nagy pontossággal meg tudjuk mérni a Hold és a bolygók távolságát, de megbízható módszereink vannak annak kiszámolására is, hogy milyen messze vannak a közeli csillagok. A távolság növekedésével más és más módszert kell alkalmazni. A legjobb tudásunk szerint legalább 13 milliárd fényévre vagyunk képesek "ellátni" (Lásd előző számunkban Heuréka! Megtaláltuk! című cikkünket), persze a megfelelő csillagászati berendezések segítségével.

Az univerzum méreteiről köny­nyű beszélni, de elképzelni ezeket szinte lehetetlen. Nincs viszonyítási alapunk, hogy magunk elé képzelhessük mondjuk a Nap-Föld távolságot. Ez kerekítve 150 millió kilométer, más mértékegységgel kifejezve 1 csillagászati egység (CsE). A Föld átmérőjének a 11 760-szorosa! Ha ezt most méretarányosan le akarnánk rajzolni egy papírlapra, bizony nagy bajban lennénk. Pláne, ha az egész bolygórendszerünket kellene így ábrázolnunk! Bele kell törődni, hogy ugyanazon a rajzon az égitestek egymáshoz viszonyított méretét és távolságaikat nem lehet bemutatni. Az 1. ábrán csak a bolygópályákat láthatjuk méretarányosan, de a bolygóméreteket nem. A 2. ábra viszont a bolygók egymáshoz viszonyított nagyságát mutatja. Gondolkozzunk csak, mivel tehetnénk mégis szemléletessé ezeket a mérettartományokat?

Természetesen minden méretet arányosan le kell kicsinyítenünk. De mekkorára? A legjobb, ha a mindennapi életben használatos dolgokat vesszük alapul. Készítsünk egy Naprendszer modellt, amelyben a Nap akkora, mint egy focilabda, azaz körülbelül 22 cm. Ezt mindenki könnyen maga elé képzelheti. Helyezzük el a focilabda-napot az alapvonalon! Most rendre ki kell számítanunk a bolygók távolságát. A Nap átmérője a valóságban 1 392 000 km, ami a Föld átmérőjének a 109-szerese. A Nap Föld távolság pedig 107-szer nagyobb a Nap átmérőjénél. Egyszerű szorzással megkapjuk, hogy a Föld 23 és fél méterre keringene körülötte. És hogy mekkora lenne? Körülbelül 110-ed része a foci átmérőjének, vagyis
2 mm, akkora mint egy borsszem. A bolygórendszerünk adatainak ismere­tében most már mindent kiszámíthatunk. Az eredményt az 1. táblázatban foglaljuk össze.
Láthatjuk, hogy a Jupitert már olyan messze kellene elhelyezni a Naptól, hogy már éppen nem férne rá a focipályára.
Ilyen méretaránnyal számolva 1 fényév távolság a modellünkön 1495 kilométernek felel meg, (ez körülbelül Budapest távolsága Londontól) így a hozzánk legközelebbi csillagot, a Proxima Centaurit 6280 km távolságban kellene tennünk! Gondoljunk csak bele! A csillagok közötti tér elképesztően nagy: két focilabda méretűre zsugorított csillag között akkora a távolság mint Budapest és a kínai Szecsuan vagy Budapest és Luanda (az Angolai Köztársaság fővárosa) között. Ha pedig a Tejútrendszerünket kicsinyítjük le ilyen arányban, akkor az átmérője megfelel a Föld-Nap távolságnak. Képzeljünk el egy 150 millió kilométer átmérőjű csillagkorongot, benne olyan csillagokkal, amelyek többsége futball labda méretű, de rengeteg a teniszlabda vagy golflabda méretű, sőt vannak akár hőlégballon nagyságúak is. Átlagosan pedig 6-8000 kilométerre vannak egymástól.
Érzékelhetjük, hogy a valóság teljesen más, mint amit a scifi filmekben láthatunk: a vadul száguldozó űrhajók alig győzik kerülgetni az égitesteket. A valóságban azonban a világűr tényleg nagyon „üres”.
De mennyire űr az űr? Ezt is szemléltethetjük egy példával. Vegyünk egy liter jóféle itókát! (Mindenkinek képzeletére bízom, hogy üdítőitallal vagy esetleg borral teli palackról van-e szó; 3. ábra.) Mármost, ha kiöntjük vagy megisszuk a tartalmát, akkor azt mondjuk, hogy az üveg üres. Tényleg üres? Nem, hiszen levegő van benne. Most megint valami elképzelhetetlen nagy számot fogunk látni: 1 liter, azaz 1 dm3 levegő 2,675 × 1022 molekulából áll (tengerszinten és szobahőmérsékleten). Más szavakkal és kissé kerekítve, huszonhétezer-milliárdszor milliárd molekula! Ugye nem kevés?

Most szivattyúzzuk ki a levegőt a palackból! A ma használatos legjobb vákuumszivattyúkkal százmilliomod részére tudjuk csökkenteni a belső nyomást. Még így is kétszázhetvenezer-milliárd levegőrészecske marad a palackban. Ez százezermilliárdszor sűrűbb közeg, mint amilyen a bolygóközi tér! Így már érthető, hogy miért fontos az űrállomások fedélzetén fizikai-technológiai kísérleteket folytatni. Ugyanis a földi laboratóriumokban előállítható vákuum messze elmarad a világűritől.
Természetesen az univerzumban az égitestek közötti űr sem mindenhol egyforma. Mint láttuk, a Naprendszerben a Föld közelében körülbelül 10 atom van 1 dm3-ben. Viszont a bolygóközi térben a „napszél” vagyis a Napból folyamatosan áradó részecskék mennyisége határozza meg a sűrűséget, amely a mi térségünkben átlagosan 4000-8000 részecske/dm3. A Tejútrendszer csillagai közötti térben 1 atomot találunk egy köbdeciméterben, de a molekulafelhőkben ez az érték elérheti a százezret is. Azokon a helyeken, ahol csillagok születnek a nagyon sűrű gázfelhőkben – például az Orion-ködben – már százezer, sőt akár százmilliárd atom is lehet köbdeciméterenként! Sűrű? Nem, hiszen láthatjuk, hogy ez százmilliárdszor ritkább az általunk belélegzett levegőnél!
Figyeljük meg, hogy az Univerzum mennyire „átlátszó”! Az űrteleszkóppal vagy a legnagyobb földi távcsövekkel milliárd fényévekre lévő galaxisokról, halmazokról, kvazárokról készítenek remek fényképeket. Ezen, a Hubble-űrteleszkóppal készített felvételen olyan galaxisokat láthatunk, amelyekről a fénysugár akkor indult el, amikor az Univerzum még csak 2-3 milliárd éves volt (4. ábra).

Ez csak úgy lehetséges, ha az intergalaktikus űr nagyon kevés anyagot tartalmaz. Valóban, a galaxisok közötti térben köbméterenként átlagosan 1 atom található.
A csillagközi- és az intergalaktikus térben lévő csekély anyagmennyiség azért valamelyest gátol minket a megfigyelésben, még akkor is, ha ezt alig vesszük észre. A fénysugár a részecskéken szóródik, visszaverődik vagy elnyelődik – bizonyos mértékben csökken az intenzitása. A részecskéken való szóródás eredménye az lesz, hogy a fény „elvörösödik”, mert a rövidebb hullámhosszúságú UV, ibolya és kék sugarak jobban szóródnak, nagyobb mértékben eltérnek a látóirányunktól (5. ábra). Hasonló okok miatt látjuk a lenyugvó Napot is vörösnek az ég alján.

Ha ezek után felnézünk a csillagos égboltra, jusson eszünkbe, milyen messze vannak tőlünk az égitestek és milyen roppant űr tátong közöttük. Azután gondolkodjunk el azon a nem is annyira egyszerű kérdésen, hogy miért van éjszaka sötét.